試析并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)影響

錢錦芳

摘要：能源和環(huán)境因素已經(jīng)成為當(dāng)前制約人類發(fā)展的關(guān)鍵因素，光伏發(fā)電的環(huán)保性和可再生性使得其越來越受到電力企業(yè)的重視，將光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)之中進(jìn)行發(fā)電，極大地滿足了公眾對電力的需求，但是光伏發(fā)電系統(tǒng)的不穩(wěn)定性也給電網(wǎng)的發(fā)展帶來了一些困難，本文據(jù)此將深入研究并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對于電網(wǎng)的影響，希望對業(yè)界相關(guān)人士帶來一點幫助。

關(guān)鍵詞：并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng);電網(wǎng);影響

引言

為了緩解能源短缺和環(huán)境污染造成的壓力。人們正在積極尋找可再生、清潔的能源作為化石能源的替代品，而太陽能以其儲量巨大、安全和清潔等優(yōu)勢成為目前最主要的能源之一。光伏發(fā)電系統(tǒng)雖然提高了電網(wǎng)的工作效率，但是其受到環(huán)境影響而導(dǎo)致的不穩(wěn)定性、波動性對電網(wǎng)穩(wěn)定運行產(chǎn)生了顯著地影響。在我國新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的逐步發(fā)展，光伏發(fā)電系統(tǒng)作為一種極其具有競爭力的特色發(fā)電方式，必然會成為能源發(fā)電企業(yè)的第一選擇，光伏發(fā)電是利用太陽能的最有效途徑，與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，光伏發(fā)電有利于減少新的輸電走廊，提高了供電的可靠性，在滿足用戶多樣化需求與開發(fā)可再生能源新方式方面發(fā)揮了較大作用，世界各國均把發(fā)展太陽能光伏技術(shù)放在可再生能源首位。

一、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響

光伏并網(wǎng)發(fā)電指光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電無論是否經(jīng)過化學(xué)電池組，最終通過逆變器變換產(chǎn)生交流電，或者向公共電網(wǎng)輸送電能，或者與公共電網(wǎng)同時端接輸出到低壓負(fù)載，這兩種方式都是當(dāng)時發(fā)電當(dāng)時使用，太陽能發(fā)出的電量直接與公共電網(wǎng)并接。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由于具有環(huán)保且易于安裝等優(yōu)點，已成為發(fā)達(dá)國家發(fā)展太陽能發(fā)電的主要選擇。

（一）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)過電壓的影響

并網(wǎng)光伏發(fā)電電源接入配電網(wǎng)后由于各種諧振和發(fā)電機自激會產(chǎn)生過電壓。有文獻(xiàn)利用PSCAD軟件，對分布式電源接入配電網(wǎng)后引起的諧振和發(fā)電機自激過電壓進(jìn)行了分析驗證。結(jié)果表明，分布式電源選擇時應(yīng)盡量避免配電網(wǎng)中發(fā)生故障時分布式電源處于空載或輕載狀態(tài)。在配置補償電容時，為了抑制過電壓產(chǎn)生，補償容量應(yīng)避免落在易發(fā)生諧振的區(qū)域內(nèi)。通過分析知孤島效應(yīng)是影響分布式電源配電網(wǎng)過電壓的主要原因，當(dāng)孤島電網(wǎng)中分布式電源本身電抗、非線性電感與孤島電網(wǎng)中的電容滿足參數(shù)匹配條件時。會引發(fā)各種形式的諧振過電壓。

（二）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)網(wǎng)損的影響

與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相比，光伏發(fā)電系統(tǒng)更加靠近負(fù)荷側(cè)。分布電源的引入可能增大也可能減小系統(tǒng)損耗，取決于分布式電源的位置、與負(fù)荷量的相對大小以及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素。分析知大容量的分布式電源配置在輸電線中部;小容量的分布式電源配置在輸電線的末端附近。當(dāng)分布式電源容量大于負(fù)荷時，將分布式電源配置靠近地區(qū)性變電站，在分布式電源既輸出有功又輸出無功的模式下，有助于減少輸電線上流動無功電流，可以最大程度地減少網(wǎng)損。

二、光伏發(fā)電并入電網(wǎng)的方法研究

（一）加深對電力運輸作用機理的研究

要想使光伏發(fā)電系統(tǒng)順利地并入電網(wǎng)，必須要了解其電力運輸方法，深入對其運輸機制進(jìn)行研究，采用多元化的方法。在并網(wǎng)的過程中，光伏發(fā)電系統(tǒng)中的微電網(wǎng)會黑河電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致電網(wǎng)運行的安全風(fēng)險和不穩(wěn)定性，為此，就要注重對微電網(wǎng)的發(fā)現(xiàn)和研究，了解其產(chǎn)生機制和產(chǎn)生過程，通過細(xì)致地研究對其機制進(jìn)行討論，盡量避免微電網(wǎng)對于配電網(wǎng)的影響，為后續(xù)的研究奠定理論基礎(chǔ)。

（二）構(gòu)建系統(tǒng)檢驗環(huán)境

光伏發(fā)電系統(tǒng)的分析需要分析模型的構(gòu)建，通過對發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)的分析對比，將系統(tǒng)的分析模型不斷進(jìn)行完善，保證構(gòu)建模型的準(zhǔn)確性和合理性，隨后根據(jù)系統(tǒng)分析模型，建立光伏發(fā)電系統(tǒng)的案例分析庫，將并網(wǎng)過程中發(fā)生的各種案例進(jìn)行收集匯總，并進(jìn)行總結(jié)，整理出光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的典型案例，組建專門的數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)并網(wǎng)技術(shù)的分析積累資源。

（三）建設(shè)微電網(wǎng)配套技術(shù)

為了方便光伏發(fā)電系統(tǒng)并入配電網(wǎng)，有必要建立微電網(wǎng)技術(shù)配套設(shè)施，對電力輸送時的各種技術(shù)要求和指標(biāo)進(jìn)行了解，明確接入要求。在建設(shè)配套的微電網(wǎng)技術(shù)時，也要制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體規(guī)模、系統(tǒng)運行機制以及輸送的電流和電壓的大小等因素，對光伏發(fā)電系統(tǒng)中涉及的技術(shù)問題進(jìn)行規(guī)范和約束，保障技術(shù)的合理性和規(guī)范性，合理的發(fā)電技術(shù)規(guī)范可以為光伏發(fā)電系統(tǒng)提供指導(dǎo)，保障服昂付發(fā)電系統(tǒng)過的穩(wěn)定運行，保障電力的充足輸送。

三、光伏發(fā)電新技術(shù)

（一）儲能技術(shù)

儲能技術(shù)是未來電力系統(tǒng)中重要的新技術(shù)，尤其是在含有高比例PV這類變化電源系統(tǒng)中更有應(yīng)用前景。PV系統(tǒng)通過并網(wǎng)逆變器與儲能裝置配合，進(jìn)行能量的釋放或儲存，可以實現(xiàn)頻率/有功的調(diào)節(jié)，也可以平抑電網(wǎng)功率的波動，限制系統(tǒng)故障電流和平衡負(fù)荷的擾動，提高系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性。主要的儲能設(shè)備有蓄電池、超級電容器、超導(dǎo)儲能裝置（SMES）、壓縮空氣儲能（CAES）等。

（二）諧波抑制

光伏發(fā)電工作在低功率區(qū)時，會有較大的電流諧波。針對現(xiàn)有并網(wǎng)逆變器，諧波抑制的有效解決方案有群控技術(shù)（Team）和綜合補償控制兩種。群控技術(shù)是指為了使逆變器工作在高效區(qū)，將多臺逆變器并聯(lián)運行，逆變器間進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的一種方式。由于群控時各逆變器的直流側(cè)并聯(lián)，提高了直流側(cè)的容量，相對于非群控的低功率狀態(tài)，通過協(xié)調(diào)控制使得此時只有1臺逆變器工作，可使此逆變器工作較高效率區(qū)，從而可以提高逆變器發(fā)電功率、降低諧波含量。補償控制技術(shù)則是在逆變器中集成交流濾波器，主要為有源濾波技術(shù)（APF），通過綜合控制，實現(xiàn)輸出有功/無功功率控制的同時，抵消產(chǎn)生的諧波分量。

（三）新型并網(wǎng)逆變器

由于現(xiàn)有并網(wǎng)逆變器的功能不能很好地滿足PV大容量接入配電網(wǎng)的要求，需要研究新型逆變器，它應(yīng)該具有有功/頻率控制、無功/電壓控制功能及與調(diào)度自動化的通信能力。另外，考慮光伏發(fā)電接入的配電保護(hù)算法、光伏發(fā)電的無功控制與配電無功調(diào)節(jié)裝置的協(xié)調(diào)也是需要研究的內(nèi)容。

四、伏發(fā)電未來的發(fā)展趨勢

我國太陽能資源豐富，并且是世界光伏電池第一制造大國，因此光伏發(fā)電發(fā)展前景廣闊。將分布式發(fā)電系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式接入大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，與大電網(wǎng)互為支撐是發(fā)揮分布式發(fā)電系統(tǒng)最有效方式。聯(lián)網(wǎng)供電已經(jīng)成為電力行業(yè)發(fā)展的主流方向。光伏并網(wǎng)發(fā)電在未來也將取得長足進(jìn)展。其市場份額將不斷擴大。但是根據(jù)分析可知，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)對電網(wǎng)的正常運行有很大影響，光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入給電網(wǎng)的調(diào)度，負(fù)荷預(yù)測以及制訂合理的開停機計劃帶來很大難度。此外，針對一些問題的研究是需要不斷改進(jìn)的，比如通過不斷提出新的算法，使電池陣列在同樣的日照強度的條件下輸出盡可能多的電能;孤島效應(yīng)會對電網(wǎng)造成很大影響，產(chǎn)生極大的危害，因此需要不斷改進(jìn)孤島效應(yīng)的檢測方法，如何能夠快速地檢測到孤島效應(yīng)的發(fā)生而把光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開是一個關(guān)鍵性問題。

結(jié)束語

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)，對新能源發(fā)電技術(shù)提供了新的方法和機制，但是光伏發(fā)電作為當(dāng)前我國環(huán)保型發(fā)電的主要形式，對其組成部分的分別研究，對未來的光伏發(fā)電工作有著極其重要的影響，通過研究其作用機理、構(gòu)建光伏系統(tǒng)的檢驗環(huán)境以及微電網(wǎng)技術(shù)配套技術(shù)的研發(fā)等措施，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)研究提供充足的理論基礎(chǔ)，實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)共同發(fā)展。

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